CN201017062Y - 光纤法珀温度、应变和压力传感器 - Google Patents

光纤法珀温度、应变和压力传感器 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种机械稳定性好且耐高温的光纤法珀温度、应变和压力传感器。光纤法珀温度、应变传感器，包括光纤和被接光纤，在光纤或/和被接光纤的端面有微槽，光纤和被接光纤通过熔接或对接连接在一起，所述微槽形成FP腔。光纤法珀压力传感器，上述的法珀温度、应变传感器的端面与FP腔之间形成压力膜片，所述压力膜片的厚度小于10微米。本实用新型在一段或两段单模或多模光纤端面上加工有微槽，两段光纤熔接或对接形成光纤法珀传感器，机械稳定性好且耐高温。

Description

光纤法珀温度、应变和压力传感器
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，特别是涉及一种光纤法珀(FP)温度、应变和压力传感器。
技术背景
近年来，随着生物、医学、能源、环境、航天航空、军事等领域的快速发展，对传感器的微型化、轻量化、低能耗、耐恶劣环境能力等提出了非常迫切的要求，微纳传感器已成为国际上的重大科技前沿热点之一。激光微加工技术的迅猛发展为研究新一代微纳光纤传感器件提供了新的技术手段，因此如何应用激光等现代微纳米加工技术在光纤上实现各种微纳功能性传感器件是未来光纤传感器发展的重要趋势，也是传感器大领域中的一个十分前沿、重大的科学课题。
基于MEMS的微纳传感器都是基于电参数测量的原理，在耐恶劣环境能力方面还存在诸多问题，特别是难以在高温(600℃以上)、低温(-60℃以下)、强电磁干扰、易燃易爆环境等恶劣条件下工作，从而极大地限制了MEMS传感器在许多重要领域的特殊应用，如航天航空、能源、化工、生物医学等。在传感器的大家族中，光纤传感器具有本质安全、不受电磁干扰、便于联网与远距离遥测、适于恶劣环境等一系列优点，已逐渐成为新一代传感器技术的主流发展方向之一。
在光纤传感器中，作为温度、应变和压力测量的传感器主要是布拉格光纤光栅(FBG)和FP腔干涉仪，FBG由于其温度与其它被测量的交叉敏感性使其应用受到了较大的限制。法珀传感器由于温度与其它被测量的交叉敏感性小的特点很适合温度、应变和压力测量，但目前光纤法珀传感器的结构如图1所示，是采用导管11将两段光纤连接在一起，机械稳定性不好，不耐高温。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种机械稳定性好且耐高温的光纤法珀温度、应变和压力传感器。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：光纤法珀温度、应变传感器，包括光纤和被接光纤，在光纤或/和被接光纤的端面有微槽，光纤和被接光纤通过熔接或对接连接在一起，所述微槽形成FP腔。
进一步的，所述光纤和被接光纤是采用石英、聚合物、宝石或光子晶体材料制成的单模或多模光纤。
进一步的，所述微槽采用紫外激光加工、飞秒激光加工、红外激光加工、电子束刻蚀或化学腐蚀而成。
进一步的，所述微槽是圆柱形、长方体形或立方体形。
进一步的，所述熔接是采用激光熔接或电弧熔接，所述对接是采用镀膜对接或粘接。
光纤法珀压力传感器，上述的法珀温度、应变传感器的端面与FP腔之间形成压力膜片，所述压力膜片的厚度小于10微米。
进一步的，所述端面是平面或斜面。
本实用新型的有益效果是：本实用新型在一段或两段单模或多模光纤端面上加工有微槽，两段光纤熔接或对接形成法珀传感器，机械稳定性好且耐高温。
附图说明
图1是现有的光纤法珀传感器的剖视图。
图2是实施例1的光纤的剖视图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是实施例1的光纤法珀温度、应变传感器的剖视图。
图5是实施例2的光纤的剖视图。
图6是实施例2的光纤法珀温度、应变传感器的剖视图。
图7是实施例3的光纤法珀压力传感器的剖视图。
图8是实施例4的光纤法珀压力传感器的剖视图。
图9是实施例1的光纤法珀温度、应变传感器的反射光谱图。
具体实施方案
图1是现有的光纤法珀传感器的剖视图，是采用导管11将两段光纤连接在一起，机械稳定性不好，不耐高温。
实施例1：光纤法珀温度、应变传感器
在单模石英光纤1端面2上用飞秒激光加工一个长为10微米、宽为10微米的立方体形微槽3，槽深30微米，如图2和图3所示。
在上述加工的石英光纤1的微槽3外通过普通熔接机的电弧熔接一段单模石英光纤，形成法珀温度、应变传感器，如图4所示，该光纤法珀温度、应变传感器的反射光谱图如图9所示。
使用时，可以将制成的光纤法珀温度、应变传感器封装在基底材料上使用，也可直接使用。
实施例2：光纤法珀温度、应变传感器
在多模宝石光纤1端面2上用紫外激光加工一个圆柱形微槽3，如图5所示。
在上述加工的多模宝石光纤1的微槽3外对接一段多模宝石光纤，该多模宝石光纤的端面上加工了一个圆柱形微槽5。微槽3和微槽5相对对接，从而形成光纤法珀温度、应变传感器，如图6所示。
实施例3：光纤法珀压力传感器
在实施例1的光纤法珀温度、应变传感器的基础上，通过超声波切割在FP腔7一端的附近将光纤去掉一部分，使被切端面6与FP腔7之间形成压力膜片8，从而制成光纤法珀压力传感器，如图7所示。
使用时，可以将制成的光纤法珀压力传感器封装在基底材料上使用，也可直接使用。
上述压力膜片8的厚度最好小于10微米，可根据不同压力测量范围和灵敏度需求来确定，当压力膜片8的厚度薄到一定程度时，就可以用来测量声波。
实施例4：光纤法珀压力传感器
在实施例2的光纤法珀温度、应变传感器的基础上，通过研磨在FP腔7一端的附近将光纤去掉一部分，使被切端面6与FP腔7之间形成压力膜片8，从而制成光纤法珀压力传感器，如图8所示。
上述所有实施例中的光纤由包层9、纤芯10构成，微槽3的横截面可大于、等于或小于光纤的纤芯10。

Claims (5)

1.光纤法珀温度、应变传感器，包括光纤(1)和被接光纤(4)，其特征在于，在光纤(1)或/和被接光纤(4)的端面有微槽，光纤(1)和被接光纤(4)通过熔接或对接连接在一起，所述微槽形成FP腔(7)。
2.如权利要求1所述的光纤法珀温度、应变传感器，其特征在于，所述光纤(1)和被接光纤(4)是采用石英、聚合物、宝石或光子晶体材料制成的单模或多模光纤。
3.如权利要求1所述的光纤法珀温度、应变传感器，其特征在于，所述微槽是圆柱形、长方体形或立方体形。
4.光纤法珀压力传感器，其特征在于，光纤法珀温度、应变传感器的端面(6)与FP腔(7)之间形成压力膜片(8)，所述压力膜片(8)的厚度小于10微米。
5.如权利要求4所述的光纤法珀压力传感器，其特征在于，所述端面(6)是平面或斜面。
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